鐵及其化合物計算中的守恒情結(jié)

1、鐵及其化合物計算中的“守恒情結(jié)”在錯綜復(fù)雜的化學(xué)變化中，抓住反應(yīng)前后某些量保持不變，即“守恒”作為解題依據(jù)，可以簡化計算步驟，提高解題速度和準(zhǔn)確度。與鐵及其化合物有關(guān)的眾多計算題中，能運(yùn)用守恒原理巧妙解答的題型特別多，只要解題時運(yùn)用得當(dāng)，可事半功倍。其常見題型及守恒關(guān)系可歸納如下：一、質(zhì)量守恒關(guān)系 例1.在2硫酸銅和硫酸鐵的混合溶液中，加入30鐵粉，最后得到2025·1的硫酸亞鐵溶液及26固體沉淀物。分別求原混合溶液中硫酸鐵和硫酸銅的物質(zhì)的量濃度。 思路探索設(shè)硫酸鐵、硫酸銅的物質(zhì)的量分別為和。根據(jù)反應(yīng)前后鐵和銅的質(zhì)量和相等得： 56·1×264·1

2、15;302×025·1×56·126 再由反應(yīng)前后硫酸根離子的物質(zhì)的量守恒得： 32×025·1 聯(lián)立解得01，02。因此硫酸鐵、硫酸銅的物質(zhì)的量濃度分別為005·L1和0.1·L1。 思維拓展質(zhì)量守恒定律表示：參加化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成物的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。依據(jù)該定律?？傻贸鱿铝薪忸}時實(shí)用的等式： （1）反應(yīng)物的質(zhì)量總和生成物的質(zhì)量總和 （2）反應(yīng)物減少的總質(zhì)量產(chǎn)物增加的總質(zhì)量 （3）反應(yīng)體系中固體質(zhì)量的增加（或減少）等于氣體質(zhì)量的減少（或增加） 二、元素守恒關(guān)系 例2.把鐵、氧化鐵、氧化

3、銅的混合物粉末放入1104·1鹽酸中，充分反應(yīng)后產(chǎn)生896L2（標(biāo)準(zhǔn)狀況），殘留固體128。過濾，濾液中無2。將濾液加水稀釋到200，測得其中（）為04·1。試求原混合物的總質(zhì)量。 思路探索因?yàn)V液顯酸性（即鹽酸過剩），所以，殘留固體只可能是銅，據(jù)題意可得反應(yīng)物和生成物變化的“綱要信號”圖： 由元素守恒可得： （）（）12864·1002 由氯元素守恒可得： 2（2）（余）（總）044 即2（2）008044，則（2）018。 又由氫元素守恒可得： 2（生成2）2（2）（余） （總）044，解得反應(yīng)產(chǎn)物中水的物質(zhì)的量為（生成2）014。 由氧元素守恒可得： 3（23

4、）（）（生成2）， 解得：（23）004 最后由鐵元素守恒可得： （）2（23）（2） 解得：（）01 綜上可知，原混合物總質(zhì)量為： 56·1×01160·1×00480·1×002136 思維拓展在化學(xué)反應(yīng)過程中，從某種意義上說可以認(rèn)為是原子重新組合的過程，因此在反應(yīng)過程中某種元素的原子，在反應(yīng)前后必定保持兩種守恒關(guān)系（均體現(xiàn)出原子個數(shù)相等）：（1）原子的質(zhì)量守恒；（2）原子的物質(zhì)的量守恒。 三、電荷守恒關(guān)系 例3.已知222232，當(dāng)向100的2溶液中通入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的2336，充分反應(yīng)后測得形成的溶液中和的物質(zhì)的量濃度相等，則原2

5、溶液的物質(zhì)的量濃度為多少? 思路探索由題供信息可知：2的還原性強(qiáng)于的還原性；因此，通入2后2應(yīng)該全部被氧化成了3。據(jù)題意知反應(yīng)后的溶液中只有3、，且（）（）2（2）2×336224·12×015。據(jù)電荷守恒原理，必有： 3（3）（）×1（）×1解得：（3）02 又由鐵元素守恒知（2）（3）02。故原2溶液的物質(zhì)的量濃度為： 02012·1 思維拓展在電解質(zhì)溶液里或在離子化合物中，所含陰、陽離子的電荷數(shù)必定相等（電中性原理），即陽離子的物質(zhì)的量（或物質(zhì)的量濃度）×陽離子的電荷數(shù)陰離子的物質(zhì)的量（或物質(zhì)的量濃度）×陰離

6、子的電荷數(shù)。 四、電子守恒關(guān)系 例4.將14鐵粉溶于1稀硝酸中恰好完全反應(yīng)，放出氣體后稱量所得溶液，發(fā)現(xiàn)比原溶液質(zhì)量增加8，則原溶液中硝酸的濃度為（） A04·1B06·1 C0.8·1D1.0·1 思路探索按常規(guī)解本題需先判斷出反應(yīng)中同時生成了+2、+3價的鐵，然后再根據(jù)方程式求解。若運(yùn)用守恒原理則可避開繁瑣的討論和方程式的書寫。 假設(shè)鐵單質(zhì)在反應(yīng)中被氧化成+n價，由題意有： （3）3（反應(yīng)中作酸用的） 1 （1456）025025 由題意知，產(chǎn)生氣體的質(zhì)量為1486，物質(zhì)的量為630·102。則有3（反應(yīng)起氧化劑作用的）3 131 0206

7、02 據(jù)電子的守恒原理可得02506；又由氮元素守恒原理可推知，反應(yīng)中共消耗硝酸的物質(zhì)的量為： 0250208 故選C。 例5.在100L的2溶液中，通入224的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氯氣，充分反應(yīng)后，溶液中有13的被氧化成溴單質(zhì)。求原2溶液的物質(zhì)的量濃度。 思路探索設(shè)2溶液的物質(zhì)的量濃度為·1，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中氧化劑和還原劑得失電子數(shù)相等的原則知，2所得電子的物質(zhì)的量應(yīng)等于2和所失電子的物質(zhì)的量之和。則有： 224224·1×201×1（013）×2×1 解得12。因此，原2溶液的物質(zhì)的量濃度為12·1。 思維拓展氧化還原反應(yīng)的本

8、質(zhì)是參加反應(yīng)的原子間的電子轉(zhuǎn)移（包括電子得失和電子對的偏移）。在氧化還原反應(yīng)過程中，氧化劑得到電子的總物質(zhì)的量必定等于還原劑失去電子的總物質(zhì)的量。在解有關(guān)氧化還原反應(yīng)的試題（尤其是涉及多個氧化還原反應(yīng)的綜合題）時，運(yùn)用電子守恒法可起到事半功倍的效果。 五、體積守恒關(guān)系 例6.將56鐵粉與64硫粉在隔絕空氣的條件下加熱充分反應(yīng)后冷卻至室溫，再在其固體中加入足量的稀硫酸反應(yīng)至固體不再溶解，所制得的氣體在0、101×10下的體積約為（）。 224234280448 思路探索加熱時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為： 與足量稀硫酸發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可能有： 2442 2442 從上述反應(yīng)方程式分析可發(fā)現(xiàn)如下變化關(guān)

9、系：42；2。即1經(jīng)充分反應(yīng)后，最終能生成1氣體（可能是2，也可能是2和2的混合氣），而與硫粉的質(zhì)量多少無關(guān)。因題中粉的物質(zhì)的量為01，所以，生成氣體也恒為01，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為224。應(yīng)選A。 思維拓展在有些化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)前、后氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量是不變的，即在相同的條件下，反應(yīng)前、后氣體的體積守恒。例如： 222 232222 六、綜合守恒關(guān)系 例7.已知有關(guān)物質(zhì)及離子的氧化性順序?yàn)椋簼饬蛩??，F(xiàn)將30鐵粉（過量）與440濃硫酸在加熱條件下充分反應(yīng)，共收集到112（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，其質(zhì)量為196。試計算： （1）濃硫酸的物質(zhì)的量濃度； （2）反應(yīng)后剩余鐵粉的質(zhì)量。 思路探索若根據(jù)題供信息

10、“有關(guān)物質(zhì)及離子的氧化性順序?yàn)椋簼饬蛩?”分析解題，那么應(yīng)該根據(jù)氧化還原反應(yīng)的“次序規(guī)律”分別考慮鐵粉依次與濃硫酸、3、（即稀硫酸）的反應(yīng)，其實(shí)，這是一條陷阱信息，只要抓住“鐵粉過量”這一關(guān)鍵信息，便不難推知：最后的溶液中必定只有4這一種溶質(zhì)。那么，綜合運(yùn)用“電子守恒”、“質(zhì)量守恒”及“元素守恒”即可巧妙解答此題。 設(shè)參加反應(yīng)的鐵粉的物質(zhì)的量為，由題意知，混合氣體的成分應(yīng)為2、2的混合氣，物質(zhì)的量總和為112224·105，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為： 196÷05392·1 所以，混合氣體中的2、2體積比（即物質(zhì)的量之比）為：37224832，即生成的2、2的物質(zhì)的量分別為03和02。 22 2422 222 根據(jù)電子守恒原理可得： 203×202×210 解得：05 實(shí)際參加反應(yīng)的鐵粉質(zhì)量為05×56·128，由質(zhì)量守恒原理知剩余鐵粉質(zhì)量為30282。 又由鐵元素守恒知最后溶液中4的物質(zhì)